一种高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置及其整形方法与流程

本发明涉及轴承热处理技术领域，尤其是涉及一种高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置及其整形方法。

背景技术：

公知的，轴承套圈制造的基本流程为获取原材料、锻造、退火、车削、热处理、检测和磨削，其中热处理是提高轴承套圈内在质量的关键加工工序；g13cr4mo4ni4v钢属于常用的高温渗碳轴承钢，经过渗碳热处理后，零件的表面硬度高，心部硬度相对较低，使零件在具有高的冲击韧性的同时，具有了高硬度、高耐温性能、高尺寸稳定性和高接触疲劳寿命的特性，现普遍用于航空发动机主轴，而随着航空工业的迅速发展，轴承结构较之前更加复杂，并且出现了大量薄壁高温渗碳轴承钢制轴承套圈；

轴承套圈在热处理过程中由于热应力、组织转变等因素，不可避免的会产生热处理变形，且经过渗碳一次淬火及二次淬火，变形率达到100%，且变形超标量可达200％～300%，该类轴承套圈的变形问题，严重制约了高温渗碳钢轴承套圈的热处理及后续的磨加工过程；传统技术中高温渗碳轴承钢制轴承套圈淬火后采用人工整形，这对人员技术水平要求较高，且无法保证产品加工合格率，人工整形的加工合格率不足60%，严重制约产品的加工，现有技术中也没有有效的整形装置及其整形方法可供使用。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置及其整形方法，能有效解决轴承套圈热处理后的变形问题，保证产品质量达到合格标准。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置，包含定位底环、上压模以及外径与轴承套圈内径适配的圆柱形下压模；所述定位底环套设于下压模的底端，并与下压模之间的间隙小于轴承套圈的厚度；所述下压模沿其径向等分为多个下压模块，且相邻两下压模块之间设有切缝，所述下压模的上表面中心设有上大下小的锥形孔；所述上压模包含直接大于轴承套圈外径的圆盘，所述圆盘的下表面中心设有与锥形孔配合的锥形结构，所述锥形结构和锥形孔配合时，上压模圆盘的下表面与定位底环上表面之间的距离等于若干轴承套圈高度的总和。

进一步，所述上压模的圆盘上表面中心设有螺纹连接孔。

进一步，所述下压模外壁均匀设有多个呈轴向的导油槽。

进一步，所述下压模等分为三个下压模块。

进一步，所述下压模锥形孔的锥角为20～40度。

进一步，所述相邻两下压模块之间的切缝宽度与下压模直径的比值为1∶40～70。

进一步，所述定位底环的下表面与下压模的下表面平齐，所述下压模的高度为定位底环的高度与两个轴承套圈高度的总和。

一种高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形方法，包含预备整形、淬火、整形、回火冷处理和检测五个步骤：s1、预备整形：该步骤需要预备高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置，将定位底环固定在平面上，将下压模对应放入定位底环的内圈中，并将下压模的多个下压模块向中心收拢消除切缝间隙待用；s2、淬火：将轴承套圈在真空炉内分别于600℃～700℃、800℃～900℃各保温30min，保温后再加热至工艺温度1060℃～1070℃，保温45～55min后油冷或气冷淬火出炉，出炉温度为100～140℃；s3、整形：淬火后，将轴承套圈从下压模的顶端套入，利用压床将上压模下压，并与下压模紧密配合，通过下压模的多个下压模块向外同步移动对轴承套圈的内撑力，以及上压模圆盘和定位底环对轴承套圈的端面压力，对轴承套圈进行整形；s4、回火冷处理：将整形过后的轴承套圈从整形装置中取出，依次进行第一次回火、第一次冷处理、第二次回火、第二次冷处理和第三次回火；每次冷处理工艺的温度为-80℃～-70℃，时间为2～2.5h；每次回火工艺的温度为500℃～550℃，时间为2～2.5h；s5、检测：接上一步，按照不同规格轴承套圈的变形标准和翘曲标准，对轴承套圈进行检测，检测标准为变形≤0.30mm，翘曲≤0.35mm，检测完后将合格品移交下一工序。

进一步，所述s2淬火步骤中，将轴承套圈在真空炉内分别于650℃、850℃各保温30min。

进一步，所述s4回火冷处理步骤中，每次冷处理工艺的温度为-75℃，每次回火工艺的温度为540℃。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的整形装置，当上压模下压与下压模完全配合时，下压模的多个下压模块被同步向外推动到一定程度，使得下压模块的外壁与轴承套圈的内壁抵触，并将其撑到设计的内径尺寸，同时，上压模圆盘的下表面与定位底环上表面之间的距离，刚好将若干轴承套圈压到设计的高度尺寸；利用该整形装置，再结合本发明公开的整形方法，通过预备整形、淬火、整形、回火冷处理和检测五个步骤，特别是为了克服整形应力，对整形后的轴承套圈进行了多次回火处理，解决了高温渗碳轴承零件热处理后变形翘曲的问题，提高了产品的精加工精度和尺寸的稳定性，保证了产品的质量，也提高了生产效率和成品率，减少了产品材料的浪费。

附图说明

图1是所述整形装置的结构示意图；

图2是图1中下压模俯视示意图。

图中：1、上压模；2、下压模；3、轴承套圈；4、定位底环。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进，本发明并不局限于下面的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本申请的附图对应，为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位：

结合附图1-2的高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置，包含定位底环4、上压模1以及外径与轴承套圈3内径适配的圆柱形下压模2，优选的，下压模2外壁均匀设有多个呈轴向的导油槽，便于润滑；

定位底环4套设于下压模2的底端，并与下压模2之间的间隙小于轴承套圈3的厚度，保证下压模2能够给到轴承套圈3足够的端面接触，有利于防止轴承套圈3翘曲；根据需要，定位底环4的内径比下压模2的外径大0.8～1.2mm，轴承套圈3整形后的内径是由上压模1和下压模2完全配合时，下压模2的撑开程度决定的，因此定位底环4的内径需要略大于此时的下压模2，起到定位和矫正的作用；

下压模2沿其径向等分为多个下压模块，且相邻两下压模块之间设有切缝，由于下压模2的外径一般大于整形前的轴承套圈内径，切缝的作用在于将多个下压模块向中心收拢，便于套装轴承套圈；此外，下压模2等分为三个下压模块，在保证下压模块移动撑开达到整形效果的同时，减少切缝数量，提高整形精度，优选的，相邻两下压模块之间的切缝宽度与下压模2直径的比值为1∶40～70，在保证便于套装轴承套圈的同时，切缝宽度不宜过宽，影响整形后的尺寸精度；下压模2的上表面中心设有上大下小的锥形孔，该锥形孔便于上压模1下压时，下压模块能够同步且平滑的向外移动，此外，该锥形孔能够设置为槽孔或者锥形通孔，锥形通孔更便于加工，便于控制上压模1和下压模2的配合精度；根据需要，下压模2锥形孔的锥角为20～40度，轴承套圈整形变形的渐进程度除了与上压模1的下压速度有关，也与下压模2锥形孔的锥角角度有关，调整合适的锥角角度会影响整形的效果；

上压模1包含直接大于轴承套圈3外径的圆盘，圆盘的下表面中心设有与锥形孔配合的锥形结构，该锥形结构能够使得下压模的多个下压模块，被同步向外推动到一定程度，使得下压模块的外壁与轴承套圈的内壁抵触，并将其撑到设计的内径尺寸；上压模1配合手动压床或者液压压床使用，上压模1的圆盘上表面中心设有螺纹连接孔，便于与压床连接定位，优选的，上压模1在下压的过程中始终与定位底环4同轴线；锥形结构和锥形孔配合时，上压模1圆盘的下表面与定位底环4上表面之间的距离等于若干轴承套圈3高度的总和，保证对轴承套圈直径和高度的整形是一步到位的，这样也能防止出现变形翘曲的现象；此外，当，定位底环4的下表面与下压模2的下表面平齐时，也即下压模2的高度能够定义为定位底环4的高度与若干轴承套圈3高度的总和，轴承套圈3的数量能够设置为一个、两个或三个。

具体整形方法实施例一：

薄壁轴承套圈，材料：g13cr4mo4ni4v，外径φ215mm（渗碳前φ215.9mm），内径φ206mm（渗碳前内径φ205.2mm），高度24mm（渗碳前高度25.4），壁厚4.5mm；要求：变形≤0.25mm，翘曲≤0.35mm；

s1、预备整形：该步骤需要预备高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置，将定位底环4固定在平面上，下压模2对应放入定位底环4的内圈中，并将下压模2的多个下压模块向中心收拢消除切缝间隙待用；

对应一次整形两个轴承套圈且总高度为50.8mm的整形装置尺寸如下：

上压模1：与下压模2配合使用，锥形结构锥角15°；

下压模2：高度64.8mm，外径φ205.2mm，锥形孔锥角15°，与上压模配合；

定位底环4：高度14mm，内径为206.2mm；

s2、淬火：将轴承套圈在真空炉内在650℃、850℃各保温30min，保温后再加热至工艺温度1070℃，保温45min后油冷，出炉温度约120℃；

s3、整形：淬火后，将轴承套圈从下压模2的顶端套入，利用压床将上压模1下压，并与下压模2紧密配合，通过下压模2的多个下压模块向外同步移动对轴承套圈的内撑力，以及上压模1圆盘和定位底环4对轴承套圈的端面压力，对轴承套圈进行整形；

s4、回火冷处理：将整形过后的轴承套圈从整形装置中取出，依次进行第一次回火、第一次冷处理、第二次回火、第二次冷处理和第三次回火；每次冷处理工艺的温度为-75℃，时间为2.5h；每次回火工艺的温度为540℃，时间为2.5h；

s5、检测：接上一步，对轴承套圈进行检测，产品变形在0.20mm以内，翘曲在0.25mm以内，合格率能够达到100%，并将合格品移交下一工序。

具体整形方法实施例二：

薄壁轴承套圈，材料：g13cr4mo4ni4v，外径φ250mm（渗碳前φ251.2mm），内径φ240.1mm（渗碳前内径φ239.2mm），高度24mm（渗碳前高度25.2），壁厚5.0mm；要求：变形≤0.30mm，翘曲≤0.35mm；

s1、预备整形：该步骤需要预备高温渗碳钢薄壁轴承套圈整形装置，将定位底环4固定在平面上，下压模2对应放入定位底环4的内圈中，并将下压模2的多个下压模块向中心收拢消除切缝间隙待用；

对应一次整形两个轴承套圈且总高度为50.4mm的整形装置尺寸如下：

上压模1：与下压模2配合使用，锥形结构锥角15°；

下压模2：高度64.4mm，外径φ239.2mm，锥形孔锥角15°，与上压模配合；

定位底环4：高度14mm，内径为240.2mm；

s2、淬火：将轴承套圈在真空炉内在650℃、850℃各保温30min，保温后再加热至工艺温度1070℃，保温45min后油冷，出炉温度约125℃；

s3、整形：淬火后，将轴承套圈从下压模2的顶端套入，利用压床将上压模1下压，并与下压模2紧密配合，通过下压模2的多个下压模块向外同步移动对轴承套圈的内撑力，以及上压模1圆盘和定位底环4对轴承套圈的端面压力，对轴承套圈进行整形；

s4、回火冷处理：将整形过后的轴承套圈从整形装置中取出，依次进行第一次回火、第一次冷处理、第二次回火、第二次冷处理和第三次回火；每次冷处理工艺的温度为-75℃，时间为2.5h；每次回火工艺的温度为540℃，时间为2.5h；

s5、检测：接上一步，对轴承套圈进行检测，产品变形在0.20mm以内，翘曲在0.28mm以内，合格率能够达到100%，并将合格品移交下一工序。

本发明未详述部分为现有技术。